運動量與端粒的關系及其對壽命的影響

江彥璋　高宇輝　王文婕　賈曉芳（山西醫科大學，山西太原　030001）

運動量與端粒的關系及其對壽命的影響

江彥璋高宇輝王文婕賈曉芳
（山西醫科大學，山西太原030001）

人類探索長壽的腳步從未停止，端粒對壽命的影響成為學者們熱議的話題。端粒是真核生物染色體末端的一種特殊結構，而端粒酶是由RNA和蛋白質組成的核糖核酸-蛋白復合物，二者與壽命存在一定的關系。運動對人體骨骼肌細胞、白細胞和心肌細胞中的端粒都有影響。適量的運動能增加端粒酶活性，從而延緩端粒縮短，達到長壽的目的。

端粒端粒酶運動壽命

1　運動與長壽的流行病學的調查

流行病學資料顯示，適量的運動可以提高機體機能，增強人體免疫力，改善身體健康。芬蘭科學家發現，運動對生物體衰老進程的作用比基因的作用更大。高運動耐量的人可能具有更長的端粒。高運動耐量的人比低運動量的人在生理方面年輕四歲，相同年齡的馬拉松運動員比一般個體要年輕十六歲。

2　端粒、端粒酶的結構及壽命與二者的關系

2.1端粒的結構

端粒是真核生物染色體末端的一種特殊結構，實質上是DNA的重復序列。當細胞分裂一次，每條染色體的端粒就會變短一些，約50-200個核苷酸會因多次細胞分裂而不能達到完全復制，以至細胞不再分裂。DNA每復制一次，其子鏈就會縮短，每次縮短約50-200bp。因此，細胞分裂次數越多，其端粒磨損越多，細胞壽命越短，嚴重縮短的端粒是細胞老化的信號。目前，端粒的縮短作為細胞衰老的標志已經被大眾認可。

2.2端粒酶

Blacburn與Greider在80年代首次在四膜蟲中發現并鑒定出端粒酶的存在，它能特異性延長四膜蟲端粒末端。端粒酶是由RNA和蛋白質組成的核糖核酸-蛋白復合物，是使端粒延伸的反轉錄DNA合成酶。在細胞中負責端粒的延長，是基本的核蛋白逆轉錄酶，可將端粒DNA加至真核細胞染色體末端。以RNA組分為模板，端粒3'末端為引物，在該種復合物的催化作用下合成端粒重復序列。

2.3二者與壽命的關系

端粒酶可延長縮短的端粒，是端粒在保持染色體穩定性和細胞活性的一個重要因素。目前認為，端粒酶活性僅限于未成熟的細胞中；而大多數體細胞組織中端粒酶水平低，或者根本檢測不出來。端粒酶的激活能夠減慢在細胞分裂中端粒縮短的速度，延緩細胞衰老，甚至可使其無限增殖轉化為永生細胞。其實染色體能否進行正常的復制與端粒的絕對長度無關，只有當端粒縮短到“臨界長度”時，衰老才會突然發生。從這個角度講，要達到延長壽命的目的，我們應盡最大可能延緩細胞端粒的縮短速度。

3　長期運動對端粒長度的影響

端粒長度縮短進程非常緩慢，試驗員需耗費多年時間才能觀察到其長度變化。但在人體實施精準條件控制型的長期運動試驗非常困難，所以大部分是利用免疫細胞DNA樣本庫進行回顧性試驗來探求人體端粒長度與運動關系。

人體免疫細胞中端粒長度與運動有如下三種關系：正向關系，無關系，倒U關系。

3.1正向關系

諸多實驗表明：運動量與端粒長度呈正相關。Cherkas等［1］通過比較運動活躍群體與安靜群體的端粒長度，證實這兩群體間的端粒長度差相當于十年的生物學年齡，即運動人群比安靜人群在生理上要年輕近十歲。在同等運動量的條件下，氧儲備能力高的人比氧儲備能力低的人有更長的端粒。

3.2運動與端粒長度無關

盡管這兩種人群的運動量有本質的差異，Mathur等［2］通過比較年齡性別相同的馬拉松運動員與安靜群體，卻發現端粒的長度與最高氧耗量以及運動量之間并無統計學關系。或許因為標本人群的年齡、運動程度、端粒測量方式、以及其它不可控因素，如飲食習慣與心理狀態，均有可能使這些試驗間缺乏可比性。

3.3倒U關系

少量研究表明，與大量運動以及安靜人群相比，適度運動的人具有更長的端粒。Ludlow等設計了一組試驗：在嚴格控制年齡、體重、性別的條件下，將50-70歲的人分為低運動量組（＜990kal/wk）、中等運動量組（991-2340kal/wk）、和高運動量組（3541kal/wk）。中等運動量組端粒的平均長度高于其他兩組，而且端粒縮短的發生率更低。在單個細胞中，每條染色體末端的端粒長度都不同，而最短的端粒長度是誘導細胞凋亡的決定因素。因此，最關鍵的問題是控制大量細胞中最短端粒的長度。不妨設想一下，未來我們也許可以通過改變最短端粒的長度來調控細胞的壽命。

4　運動對機體各種細胞端粒的影響

4.1運動對骨骼肌端粒的影響

運動訓練對骨骼肌端粒生理的影響十分復雜。一般來說，參與運動的骨骼肌細胞易增殖，這種增殖與端粒的長度有直接關系。耐力運動或重力抵抗運動等損傷性的運動易刺激肌纖維并使肌肉干細胞增殖，從而使端粒縮短的速度加快。 Collins等通過比較接受同等運動量的同齡健康運動員和長期過量訓練而至肌疲乏癥的運動員發現：肌疲乏運動員在運動中表現得更易疲乏，耐受能力降低。這提示長期過量運動使骨骼肌損傷的修復能力降低。通過分析，過量訓練使運動員骨骼肌衛星細胞的增殖壓力增大，從而導致肌疲乏的運動員的端粒短于健康運動員的端粒。

4.2運動對白細胞端粒的影響

Werner等［3］研究了6個月的轉輪運動訓練對C57bl/6小鼠白細胞中端粒長度的影響。運動3周和6個月的小鼠的端粒長度卻觀察不到明顯改變。但是通過觀察自然衰老18個月的安靜小鼠，卻在小鼠白細胞與左心室心肌細胞中發現端粒長度縮短。這些分析結果強調了長時間的觀察研究在探究運動對小鼠端粒長度影響的試驗中也是必要的。

4.3運動對心肌細胞端粒的影響Ludlow等［4］選取小鼠做了一個相似的試驗。小鼠分三組，8周年齡的安靜組、1周歲的安靜組、一周歲并且做轉輪試驗44周的運動組。分別觀察肝臟、心臟和骨骼肌組織中的端粒長度，發現運動使肝臟與心臟中的端粒長度縮短減緩。但是骨骼肌中的端粒長度在運動小組中縮短發生最明顯。這些數據提示，運動不僅影響白細胞端粒的長度，也對心肌、骨骼肌肝臟中的端粒長度產生不同影響。這些組織特異性反應可能與運動刺激使不同組織產生不同增殖需要相關，也有可能是與這些組織本身抗氧化能力差異性相關。

5　結語

隨著細胞的分裂，端粒逐漸變短，延緩端粒的縮短是延長壽命的主要機制。其中，端粒酶活性增加能延緩端粒縮短。適量的運動能增加端粒酶活性，從而延緩端粒縮短，達到長壽的目的。

［1］L.F.Cherkas，J.L.Hunkin，B.S.Kato et al“Th association between physical activity in leisure time and leukocyte telomere length”Archives of Internal Medicine，vol 168，no.2， pp.154-158，2008.

［2］S.Mathur，A.Ardestani，B.Parker et al“Telomere length and cardiorespiratory finess in marathon runners”Journal of Investigative Medicine，vol.61，no.3，pp.613-615，2013.

［3］C.Werner，M.Hanhoun，T.Widmann et al，Effcts of physical exercise on myocardial telomere-regulating proteins，survival pathways，and apoptosis”Journal of the American College of Cardiology，vol.52，no.6，pp.470-482，2008.

［4］A.T.Ludlow，S.Witkowski，M.R.Marshall et al，“Chronic exercise modifis age-related telomere dynamics in a tissue specify fashion”Journals of Gerontology，vol.67，no.9，pp 911-926，2012.

江彥璋（1993—），男，江蘇海門人，山西醫科大學本科在讀，學生。